一款汽車組合儀表設(shè)計(jì)方案

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一款汽車組合儀表設(shè)計(jì)方案 陳貴宏 張邵進(jìn) 馬世典 馮曉剛 1 上海汽車技術(shù)中心 南京 電子電器部 江蘇南京 210061 2 江蘇大學(xué)汽車工程研究院 江蘇鎮(zhèn)江212013 摘要 組合儀表作為最重要的信息顯示窗口 是高檔汽車開發(fā)的一個(gè)難點(diǎn) 本文介紹了一款汽車組合儀表的開 發(fā)方案 主要從軟 硬件設(shè)計(jì) 邏輯功能等幾個(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的闡述 為汽車儀表的開發(fā)提供了很好的設(shè)計(jì)指導(dǎo) 關(guān)鍵詞 MG7 10 組合儀表 儀表原理 儀表功能 軟件設(shè)計(jì) 中圖分類號 U463 7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 1003 8639 2011 09 0001 03 Design Proposal of An Instrument Cluster on nG7 10 CHEN Gui hong ZHANG Shao jin MA Shi dian FENG Xiao gang 1 Electronic and Electric Department Nanjing Technical Center of SAIC Motor Nanjing 210O61 China Abstract The instrument cluster is a difficulty in advanced vehicle development as the most important display window The author introduces development proposal of a model of vehicle instrument cluster mainly its software and hardware design and logical function thus providing a good guide for instrument cluster developers Key words MG7 10 instrument cluster instrument principle instrument function software design MG7是一款具有純正英倫風(fēng)格的整車產(chǎn)品 它 的豪華大氣 尊貴典雅 使其上市之后成為中國市 場上非常受歡迎的一款中高檔商務(wù)轎車 MG7 10 款汽車是基于MG7開發(fā)的2010 model year年型車 在新車型中主要以升級網(wǎng)絡(luò)配置與優(yōu)化電氣架構(gòu)為 主要開發(fā)目標(biāo) 近年來 隨著整車架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展 電器 件功能日益復(fù)雜 組合儀表作為車輛信息的主要顯 示載體 需要與整車進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交互 因此 儀表正朝著高集成化 高可靠性的方向不斷發(fā)展 本文介紹了MG7一l0款汽車組合儀表的設(shè)計(jì)思 路 主要從其機(jī)械結(jié)構(gòu) 功能 軟硬件設(shè)計(jì)和工程 試驗(yàn)等幾方面進(jìn)行闡述 1 系統(tǒng)構(gòu)成 1 1 電路設(shè)計(jì) MG7一l0款汽車組合儀表是采用Freescale儀表專 用微處理器作為主要的控制核心 自帶6通道的步 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊 本設(shè)計(jì)只用4路 并且使用了專 用的LED報(bào)警驅(qū)動(dòng)芯片 大屏幕LCD點(diǎn)陣漢字圖形 顯示等先進(jìn)技術(shù) 采用CAN總線和硬線共同使用的 I 0模式 使得儀表在外部接口引線最小化 PCB布 局也更為緊湊 1 2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 該款儀表的外形結(jié)構(gòu)是基于原英國R0VER75的 儀表外形 僅在局部進(jìn)行微調(diào) 其儀表的燈箱架和 后殼 玻璃面板和后殼之間均采用了成熟的無螺釘 搭扣總裝聯(lián)接 該結(jié)構(gòu)可靠性高 維修和安裝更加 方便 儀表分解爆炸圖見圖1 圖l儀表分解爆炸圖 1 3材料設(shè)計(jì) 根據(jù)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 對儀表結(jié)構(gòu)件的材料有著嚴(yán)格 的要求 需要阻燃性能好 耐高溫 以及達(dá)到VOC 控制要求 所以指針及刻度盤材料選擇了高強(qiáng)度的 PC 殼體材料選擇了耐高溫的增強(qiáng)型ABS 2儀表主要功能介紹 該儀表功能強(qiáng)大 常用的指示儀表有4種 即 修改稿收稿臼期 201l O6 24 作者簡介 陳貴宏 1966一 男 高級工程師 主要從事汽車儀表設(shè)計(jì)和開發(fā)工作 張邵進(jìn) 1982一 男 工程師 主 要從事整車電氣架構(gòu)方案開發(fā) 車載總線系統(tǒng)設(shè)計(jì) 測試等 馬世典 t978一 男 碩士 工程師 主要從事汽車造型電子 零部件開發(fā)等 馮曉剛 1982一 男 工程師 主要從事整車電氣系統(tǒng)測試 設(shè)計(jì)和診斷開發(fā)等 汽車電器 全體員工祝廣大讀者 作者 客戶工作順利 身體健康l 2011年第9期 車速里程表 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表和燃油 表 它們均采用指針式指示 分別顯示汽車行駛的 速度 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫和汽車油箱的油 量 在儀表表盤上有多達(dá)15個(gè)LED的報(bào)警指示燈 如左 右轉(zhuǎn)向指示燈 制動(dòng)信號燈 遠(yuǎn)光指示燈 ABS SRS 巡航 低油壓 蓄電池充放電 油量 低和水溫高報(bào)警指示燈等 同時(shí) 該儀表還設(shè)有 上 下兩個(gè)不同的LCD液晶窗口 下方是段碼LCD 顯示 主要顯示里程信息 檔位及模式 外部溫 度 維修保養(yǎng)里程等信息 上方是點(diǎn)陣LCD顯示窗 口 120 64 顯示行車電腦的信息 各種帶圖標(biāo) 文字的報(bào)警信息 外部燈泡故障信息指示等 該儀 表的詳細(xì)功能示意見圖2 圖2儀表功能示意圖 3硬件設(shè)計(jì) 該儀表硬件部分的設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)方 面 主控電路系統(tǒng)設(shè)計(jì) 包括主芯片選型 I O 分配 輸入輸出電路設(shè)計(jì) 包括信號采集 電 機(jī)驅(qū)動(dòng) 液晶 LED顯示驅(qū)動(dòng) 報(bào)警聲音 CAN 總線硬件設(shè)計(jì) 背光調(diào)節(jié)電路 電源設(shè)計(jì) 顯示界面布置 MG7 10款汽車組合儀表主芯片功能框圖如圖3 所示 它是以Freescale 16bit的組合儀表的專用單 片機(jī) MC9S12XHZ512型 為核心平臺(tái) 直接集成 圖3 MG7 10款汽車組合儀表主芯片功能框圖 了步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)芯片 可實(shí)現(xiàn)6路步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng) 驅(qū)動(dòng)6表頭顯示 并帶有步進(jìn)電機(jī)歸零檢測 32x4 的LCD驅(qū)動(dòng) 并帶有X處理器 可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模點(diǎn)陣 式LCD驅(qū)動(dòng) 2路CAN處理控制模塊 8通道的PWM 波處理 可實(shí)現(xiàn)背景光的無級調(diào)節(jié) 以及RAM 隨 機(jī)存儲(chǔ)器 EEPR0M 電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器 等 其中燃油箱的油量信號和 1 部溫度傳感器信號 通過模擬信號傳送給儀表 儀表芯片進(jìn)行A D轉(zhuǎn) 換 并進(jìn)行內(nèi)部處理后進(jìn)行正確的顯示 其余的輸 入信號通 CAN g號及數(shù)字信號傳輸給儀表 儀表 上還帶有小計(jì)里程清零按鈕和行車電腦選擇開關(guān) 該數(shù)字組合儀表與機(jī)械儀表和十字交叉線圈儀表最 大的不同之處 就是采用了步進(jìn)電機(jī)作為指針的驅(qū) 動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)響應(yīng)迅速 指示準(zhǔn)確 配合相應(yīng)的軟 件可以實(shí)現(xiàn)非常豐富的顯示效果 本款儀表選取瑞 士SWITECH公司生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī) 該電機(jī)的特點(diǎn)是 扭力較大 工作穩(wěn)定 指示平穩(wěn) 噪聲低 可靠性 高 但對生產(chǎn)加工要求很高 組合儀表的設(shè)計(jì)原理 框圖如圖4所示 l 蓄電池 l 微處理器 5v l TJA1040 I電源管理 I 一 l KL R l 一 中斷 CAN 控制器 Il 發(fā)器I RT1 BCA u 1 KL 15 I 車速表 燃油液位傳感器 U模擬 ADC 步進(jìn)電 轉(zhuǎn)速表 外部環(huán)境溫度傳感器H輸入卜 模數(shù)轉(zhuǎn)換 機(jī)驅(qū)動(dòng) 燃油表 水溫表 l充放電指示 毅罕輸入 SPI出 GPIo 行接口 1 T口n 駕駛員安全帶 T o接口 手制動(dòng) 制動(dòng)液位 l檔嘉幅昔 制動(dòng)片磨損 脈寬調(diào)制 LCD背光 PWM 肄 禱 脈寬調(diào)制 殿碼LCD 點(diǎn)陣信息中心 H ParalldI ol Ic Hl益票 圖4組合儀表的設(shè)計(jì)原理框圖 4儀表軟件部分設(shè)計(jì) 儀表軟件的開發(fā) 要求按照倒V型軟件開發(fā)的 流程 在流程開發(fā)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都必須嚴(yán)格控制軟 件代碼的品質(zhì) 降低開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn) 縮短軟件開發(fā)的 周期 保證軟件開發(fā)的品質(zhì) 組合儀表的軟件開發(fā) 先期要根據(jù)整車功能要 求 畫軟件流程圖 搭出整個(gè)軟件的結(jié)構(gòu)框架 與 架構(gòu)工程師和系統(tǒng)工程師充分溝通 寫好底層的各 種驅(qū)動(dòng)程序 進(jìn)行軟件的初步調(diào)試 底層調(diào)試通過 以后 根據(jù)各個(gè)模塊的功能要求 編寫各個(gè)功能程 序 完成儀表的主要功能 這個(gè)階段的功能驗(yàn)證只 能在試驗(yàn)臺(tái)架進(jìn)行 同時(shí)在這個(gè)過程中盡可能在整 2 汽車電器 2011年第9期 任丘市鴻臣蓄電池用水設(shè)備廠祝 汽車電器 廣大讀者吉祥如意 一一一一一 一 圈 一一一一 車上進(jìn)行驗(yàn)證 該數(shù)字儀表作為典型的嵌入式系統(tǒng) 其軟件設(shè) 計(jì)必須充分考慮儀表功能和硬件結(jié)構(gòu)的結(jié)合 并且 以相關(guān)的硬件作為基礎(chǔ) 通過MCU的端口輸入和輸 出相應(yīng)的控制信號 最終表現(xiàn)為指針式儀表板 2 塊LCD液晶屏和其他LED的報(bào)警或信號燈的動(dòng)作 從而實(shí)現(xiàn)儀表的信息顯示功能 對于車速表 其輸入信號是 XABS 制器傳輸 過來的輪速傳感器的脈沖信號 MCU通過在單位時(shí) 間內(nèi)收到的脈沖信號數(shù)來計(jì)算車輛的實(shí)時(shí)速度后 通過主芯片上步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端口來驅(qū)動(dòng)車速表步進(jìn) 電機(jī)旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)指針指示到儀表刻度盤相 應(yīng)位置 發(fā)動(dòng)機(jī)水溫表和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速表的信號 是發(fā)動(dòng) 機(jī)EMS的信號通過CAN總線由CAN收發(fā)器傳輸?shù)?MCU的 MCU中的CAN控制器對信號進(jìn)行處理后 來驅(qū)動(dòng)水溫表和轉(zhuǎn)速表的步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī) 帶動(dòng)指針指示到刻度盤的相應(yīng)位置 對于燃油表 利用MCU集成的A D采樣端口 測量燃油傳感器的電阻值 根據(jù)該電阻值計(jì)算出油 箱內(nèi)油量的值 以步進(jìn)電機(jī)的專用驅(qū)動(dòng)端口來驅(qū)動(dòng) 油量步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn) 步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)指針指示到刻 度盤的相應(yīng)位置 儀表LCD上顯示的外部溫度 也是通過采集外 部溫度傳感器值 利用MCU集成的A D h 樣端口 轉(zhuǎn)換后來測量外部溫度 并在LCD上實(shí)時(shí)顯示 變速器檔位和模式信號 則是變速器控制器信 號通過CAN總線傳輸給儀表 進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示的 LCD 上顯示的總里程和小計(jì)里程都是根據(jù)ABS控制器傳 輸來的輪速脈沖信號計(jì)算所得 而時(shí)間顯示內(nèi)容為 MCU內(nèi)部時(shí)鐘模塊經(jīng)過相互的轉(zhuǎn)換而得到 儀表板上其余的報(bào)警指示燈和信號燈 大多數(shù) 是由CAN網(wǎng)絡(luò)傳輸 儀表MCU接收處理后 控制 LED的點(diǎn)亮或熄滅 還有一些是直接硬線連接到傳 感器或開關(guān)件 直接驅(qū)動(dòng)LED的點(diǎn)亮或熄滅 信息顯示中心除了顯示各種報(bào)警信息外 還顯 示行車電腦信息 通過調(diào)節(jié)行車電腦開關(guān) 可顯示 單次行駛里程 續(xù)航里程 平均油耗 平均車速 超速報(bào)警設(shè)置 中英文文字切換等功能 數(shù)字式組合儀表相對于傳統(tǒng)的機(jī)械儀表有很大 的優(yōu)勢 由于采用了CAN總線結(jié)構(gòu) 并且有MCU的 介入 可以將非常復(fù)雜的計(jì)算邏輯用嵌入式的軟件 描繪出來 在儀表的顯示中實(shí)現(xiàn) 以期達(dá)到最貼近 于駕駛者習(xí)慣的目的 最典型的是汽車燃油表的顯 示邏輯 在汽車行駛的過程中 因?yàn)轭嶔ず蛙囕v傾 斜的原因 油箱中的傳感器浮子會(huì)上下擺動(dòng) 其傳 輸出來的電阻值就會(huì)有很大的波動(dòng) 如果儀表隨著 該電阻變化使得油量指示不斷變化 肯定不是油量 的真實(shí)值 也會(huì)引起客戶的抱怨 所以 在燃油指 示的邏輯上采用了硬件阻尼和軟件阻尼相結(jié)合的指 示策略 從而使得燃油表能夠正確指示油箱內(nèi)實(shí)際 的油量 在該款儀表設(shè)計(jì)的過程中 遇到的最大困難是 儀表外部溫度顯示 儀表接收外部溫度傳感器的電 阻值 由MCU進(jìn)行A D轉(zhuǎn)換 在儀表上進(jìn)行顯示 按理說 這是很容易實(shí)現(xiàn)的 但是由于MG7車外部 溫度傳感器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)部 發(fā)動(dòng)機(jī)排出的熱 量和其它環(huán)境因素會(huì)對外部溫度傳感器產(chǎn)生影響 導(dǎo)致溫度顯示不準(zhǔn)確 所以 要對該傳感器的電阻 值進(jìn)行補(bǔ)償 根據(jù)汽車行駛速度 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 發(fā) 動(dòng)機(jī)冷卻液溫度和點(diǎn)火鑰匙位置這4種情況的綜合 運(yùn)算參數(shù) 重新制定外部溫度軟件控制補(bǔ)償策略 5儀表的工程試驗(yàn)及結(jié)論 該款儀表主要經(jīng)過了儀表全性能試驗(yàn) 環(huán)境試 驗(yàn) 電壓試驗(yàn) 電磁兼容性試驗(yàn) 可靠性和耐久試 驗(yàn) 在完成以上試驗(yàn)的前提下 通過了整車道路試 驗(yàn) 各種ADV試驗(yàn)等驗(yàn)證 現(xiàn)在該款儀表已經(jīng)批量 生產(chǎn)并裝配整車 并在2010年5月28日正式推向了 市場 得到了用戶的廣泛認(rèn)可 參考文獻(xiàn) 1 李華 MCS一51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù) M 北京 北 京航空航天大學(xué)出版社 1993 2 劉守義 單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) M 西安 西安電子科技大學(xué) 出版社 2002 編輯李翩 載各 料 始 有關(guān) 系 布等 車型 時(shí)兼 的喜 持與 饋給 售后 整或 先使用后付款 用后說不好可不付款 詳見彩侶廣告 汽車電器 2o11年第9期港